百龙滩电厂受油器密封环压盖螺栓断裂原因分析

陈开评

(大化水力发电总厂，广西 大化 530800)

1 概 述

百龙滩电厂位于广西马山县百龙滩镇，共装有6台灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量为6×32 MW，采用两机一变扩大单元接线，电站运行最大水头18 m，额定水头9.7 m，最小水头3 m。受油器安装在灯泡头内主轴中心线上(高程100.90)，额定工作压力5.2 MPa，主要功用是接受并分配转轮接力器的压力油，并通过它排除转轮体内多余的渗漏油；其结构主要由受油器壳体、浮动瓦(分开腔及关腔瓦)、密封压盖(分开腔及关腔压盖)、密封、轮叶开度指示摆针及渗(排)油管路构成(见图1)；其中内含各种规格 “O”橡胶密封10道，可谓结构紧凑、复杂。同时，安装精度要求较高(受油器壳体中心与操作大小短轴中心偏差≤0.10 mm)。

在机组正常运行过程中，开腔及关腔浮动瓦间隙渗漏油量很少，两侧均约100 ml/min，在开腔渗油通过受油器罩向上到▽161轮毂高位油箱，再溢油到▽94漏油箱，再由漏油泵打油到▽115集油槽，如此往复。至于关腔渗油则直接通过如图1中的档油罩(图1⑧)汇集(维护人员日常巡检可透过观察孔了解其渗油量)，通过排油总管(图1⑨)到▽94漏油箱，再由漏油泵打油到▽115集油槽；从而保证油系统的总油量无变化，确保机组稳定运行。

2 问题的提出

为解决百龙滩电厂机组在低水头(≤5 m)运行振动较大、导叶开度受限(开度≤85%)、机组出力不达设计值的问题，电厂决定利用2016年冬至2017年春机组检修期间更换4号机转轮，借以达到在水头3 m及以上能安全稳定运行。在机组检修后调速器试验过程中(系统油压已达额定5.2 MPa)，灯泡头受油器调试监护人员发现大量的透平油从关腔侧挡油罩冒出，流至灯泡头作业平台及机组中性点、辅助风机电缆等设备。再通过挡油罩观察孔发现油不仅从关腔密封压盖(图1⑦)与受油器操作短轴间隙冒出；而且还从密封压盖固定螺栓(8_M12)头冒出，冒油总量大，排油总管排不及而从其他处溢出。

现场人员及时通知电调试验人员停止试验，关闭压油罐出口阀门，切断油源，及时清理现场并对泡油设备进一步检查无异常。但对关腔密封压盖分解检查时发现紧固螺栓8-M12不同程度拉长，有1根已完全断裂(见图2)。

图1 受油器结构示意

图2 密封压盖螺栓断裂情况

3 原因分析

百龙滩电厂受油器在多年、多台次的A修或C修中已分解、检查、回装多次，作业人员积累了相当丰富的安装经验。从日常的运行维护经验看，在调速器额定的工作油压下，关腔浮动瓦渗油排油路径如下所示(见图3)。

关腔浮动瓦及过度环与受油器操作短轴间隙均为0.115～0.173 mm，操作油压经过关腔固定环(与短轴小间隙)减压——关腔固定环大间隙放大减压(如图1：部分油从排油小管溢出)——过度环与密封压盖小间隙减压——部分油汇集到档油罩——排油总管。

图3 关腔浮动瓦渗油排油示意

从图3中可以判断，经过多层的迷宫式减压，渗油压力已很小，这可以从以往机组运行情况观察得知；基本是100 ml/min，不会造成大量冒油排不急的情况发生。而该次检修后试验油从密封压盖螺栓孔冒出，可以判定关腔瓦固定环与过度环存在间隙(设计是没有间隙的)，一级减压后大量尚带压的油使密封压盖螺栓受力(设计8_M12螺栓为普通镀锌螺栓，仅起到固定作用)，并从试验过程及后续的分解检查得出如下分析：

(1)从M12螺栓断裂部位断面收缩可以判定，这是金属材料拉伸试验典型的破断截面，8根螺栓可以说均受到较大的、不同程度的油压。从金属材料力学可以查到M12，4.8级螺栓抗拉强度为400 MPa，屈服强度是320 MPa，螺栓有效截面积A=84 mm2，螺栓抗拉力可以达到26.88 kN(2.688 t)。那么密封压盖会承受那么大的压力吗？计算如下：

假设油压经过第一道间隙减压后还有2.6 MPa压力，那么对应的φ420密封压盖受力为：F=2.6×106×3.14×0.212=360.03 kN(36 t)>8×2.688(总约21.5 t)。

也就是说8-M12螺栓受到拉力伸长破断是符合理论计算的。

(2)在调速器试验过程中存在转轮开关不灵活现象及异常响声，活塞缸中间段局部卡涩；这就会造成回油不顺畅，压力升高，从而导致螺栓受力过大断裂。但这还得满足一个条件，即关腔瓦固定环与过度环存在间隙，不然油压是不会不经过再次减压串到密封压盖上。

(3)从后续事故处理过程中我们注意到关腔瓦固定环与过度环连接定位销(图3⑤)有局部翻毛，这就说明在安装过程中由于空间狭窄，不易于监视装配质量，过度环与关腔瓦固定环结合不紧密，存在微量倾斜；从而油压进入，造成螺杆不均匀受力，应该说这是螺杆断裂的直接原因之一。

(4)新转轮制造装配中由于不可预见的因素，转轮活塞与活塞缸光洁度、各转动部件同心度等未经过有效试运磨合，存在运动过程局部微量卡涩，造成操作回油不顺畅，导致各连接部件受力升高，这是螺杆断裂的直接原因之二。

4 处 理

针对以上原因分析，检修作业人员采取了如下处理措施，收到很好的效果。从机组2017年7月投运至今，受油器渗油、排油正常，再无大量冒油现象。

(1)关闭压油罐出口阀门，切断有源，分解检查关腔瓦各结合面有关部件、密封，定位销打磨处理，更换M12螺栓及密封，安装过程加强监督检查，确保每一个部件装配到位、检查验收到位。

(2)延长转轮轮叶关闭时间，由37 s延至50 s。

(3)多次、长时间来回开、关转轮轮叶，目的是使各运动、转动部件磨合，消除制造误差，减少摩擦系数，实践证明这是行之有效的。经过一昼夜的操作，之前转轮轮叶运动中的局部卡涩现象大有改观，再无明显跳动、迟滞；同时随着运行时间的推移，效果越来越好。

5 结 语

灯泡贯流式机组受油器结构复杂、紧致，各种小部件、密封甚多，安装作业空间狭窄，每一步都至关重要，作业人员要熟悉设备原理、结构，现场作业要拿着图纸一一对照；质量监控人员不能流于形式的旁站，要懂得装配的关键所在，不然一旦返工起来，对于卧式机组是非常麻烦的一件事，同时对工期的延误也是无法挽回的。